BAB III PERANCANGAN KENDALI SUDUT PENYALAAN PADA …repository.unika.ac.id/21089/4/15.F1.0016 LIDYA...

17
23 BAB III PERANCANGAN KENDALI SUDUT PENYALAAN PADA MOTOR BLDC MENGGUNAKAN SUDUT EKSITASI 3.1. Pendahuluan Pada bab ini menjelaskan tentang konstruksi alat yaitu motor BLDC dan beberapa rangkaian kontrol serta driver untuk mendukung operasi motor tersebut, yang menggunakan teknik kendali tanpa sensor dengan deteksi EMF balik dari keluaran motor BLDC. Keluaran tersebut digunakan sebagai sinyal referensi untuk melakukan komutasi pada motor. Proses pengolahan EMF balik sampai pada proses penentuan sudut komutasi yang tepat, disajikan dalam beberapa modul tambahan antara lain rangkaian EMF balik detector, rangkaian Zero Crossing Detector, rangkaian driver, rangkaian sensor arus, dan penjelasan mengenai mikrokontroler yaitu dsPIC30F4012 yang menggunakan driver MOSFET serta inverter tiga fasa. Pada tugas akhir ini, juga menggunakan sensor arus tipe LEM HX-10P untuk mengukur gelombang arus yang dihasilkan. 3.2. Motor Brushless Direct Current (BLDC) Tipe 42BLF01 Pada alat ini menggunakan motor BLDC dengan merk Hetai Motor, tipe 42BLF01 yang terdiri dari enam kutub stator dan delapan kutub rotor. Pada konstruksi motor, juga terpasang tiga buah hall effect sensor yang diletakkan dengan interval jarak 120 derajat elektrik. Dikarenakan alat pada tugas akhir ini menggunakan kendali tanpa sensor, maka ketiga sensor tersebut tidak lagi

Transcript of BAB III PERANCANGAN KENDALI SUDUT PENYALAAN PADA …repository.unika.ac.id/21089/4/15.F1.0016 LIDYA...

Page 1: BAB III PERANCANGAN KENDALI SUDUT PENYALAAN PADA …repository.unika.ac.id/21089/4/15.F1.0016 LIDYA GITA RONAULY (4.4… · menggunakan magnet permanen. Hal i. ni . me. nunjukkan.

23

BAB III

PERANCANGAN KENDALI SUDUT PENYALAAN PADA

MOTOR BLDC MENGGUNAKAN SUDUT EKSITASI

3.1. Pendahuluan

Pada bab ini menjelaskan tentang konstruksi alat yaitu motor BLDC dan

beberapa rangkaian kontrol serta driver untuk mendukung operasi motor tersebut,

yang menggunakan teknik kendali tanpa sensor dengan deteksi EMF balik dari

keluaran motor BLDC. Keluaran tersebut digunakan sebagai sinyal referensi

untuk melakukan komutasi pada motor. Proses pengolahan EMF balik sampai

pada proses penentuan sudut komutasi yang tepat, disajikan dalam beberapa

modul tambahan antara lain rangkaian EMF balik detector, rangkaian Zero

Crossing Detector, rangkaian driver, rangkaian sensor arus, dan penjelasan

mengenai mikrokontroler yaitu dsPIC30F4012 yang menggunakan driver

MOSFET serta inverter tiga fasa. Pada tugas akhir ini, juga menggunakan sensor

arus tipe LEM HX-10P untuk mengukur gelombang arus yang dihasilkan.

3.2. Motor Brushless Direct Current (BLDC) Tipe 42BLF01

Pada alat ini menggunakan motor BLDC dengan merk Hetai Motor, tipe

42BLF01 yang terdiri dari enam kutub stator dan delapan kutub rotor. Pada

konstruksi motor, juga terpasang tiga buah hall effect sensor yang diletakkan

dengan interval jarak 120 derajat elektrik. Dikarenakan alat pada tugas akhir ini

menggunakan kendali tanpa sensor, maka ketiga sensor tersebut tidak lagi

Page 2: BAB III PERANCANGAN KENDALI SUDUT PENYALAAN PADA …repository.unika.ac.id/21089/4/15.F1.0016 LIDYA GITA RONAULY (4.4… · menggunakan magnet permanen. Hal i. ni . me. nunjukkan.

24

digunakan saat beroperasi. Spesifikasi motor BLDC yang digunakan pada alat,

dapat dilihat pada Tabel-3.1.

Table-3.1 Spesifikasi Motor BLDC Merk HETAI Motor Tipe 42BLF01

Model 42BLF01

Jumlah Kutub Rotor

Jumlah Kutub Stator

Nilai Tegangan

Nilai Kecepatan

Nilai Torka

Nilai Arus

Daya Keluaran

Torka Puncak

Arus Puncak

Torka Tetap

EMF Balik

Rotor Inertia

Panjang Body

Massa

8

6

24 VDC

4000 RPM

0.063 Nm

1.9 A

26 W

0.18 Nm

5.7 A

0.035 Nm/A

3.7 V/KRPM

24 gcm2

47 Mm

0.33 Kg

Motor BLDC tipe 42BLF01 bekerja dengan tegangan 24 Volt, motor ini

memiliki tiga kabel yaitu kabel fasa A, fasa B, dan fasa C. Motor BLDC memiliki

beberapa bagian utama, salah satunya adalah rotor yang merupakan bagian yang

bergerak. Kelebihan konstruksi motor BLDC yaitu tidak menggunakan sikat

komutasi dan tidak memiliki lilitan pada bagian rotornya. Rotor pada motor ini

menggunakan magnet permanen. Hal ini menunjukkan bahwa motor BLDC lebih

mudah dalam perawatannya dan memiliki umur operasi kerja yang lebih panjang

dari motor generasi sebelumnya. Terdapat empat pasang kutub magnet pada rotor

yang dapat dilihat pada Gambar-3.1. Pada motor BLDC yang digunakan, jumlah

kutub sangat mempengaruhi terhadap torka yang dihasilkan.

Page 3: BAB III PERANCANGAN KENDALI SUDUT PENYALAAN PADA …repository.unika.ac.id/21089/4/15.F1.0016 LIDYA GITA RONAULY (4.4… · menggunakan magnet permanen. Hal i. ni . me. nunjukkan.

25

N

Gambar-3.1. Konstruksi Motor BLDC

Keluaran yang dihasilkan motor berupa sinyal EMF balik yang harus

diolah/diproses terlebih dahulu pada suatu rangkaian tambahan agar dapat

digunakan sebagai sinyal referensi untuk motor BLDC menentukan sudut

komutasi.

Terdapat bagian penting lainnya dari motor BLDC yaitu stator. Stator pada

motor BLDC tipe 42BLF01 terdiri dari tiga pasang belitan yang tersambung

dengan konfigurasi belitan Y. Rangkaian belitan yang dipasang pada motor ini

dapat dilihat pada Gambar-3.2. Rangkaian tersebut terhubung pada inverter tiga

fasa yaitu terdiri dari fasa A, B, C dan titik netral (N) yang berada pada titik temu

antar belitan.

Gambar-3.2 Hubungan antar fasa dengan konfigurasi belitan Y

X Y

Z

Page 4: BAB III PERANCANGAN KENDALI SUDUT PENYALAAN PADA …repository.unika.ac.id/21089/4/15.F1.0016 LIDYA GITA RONAULY (4.4… · menggunakan magnet permanen. Hal i. ni . me. nunjukkan.

26

3.3. Rangkaian Driver TLP 250

Rangkaian driver merupakan bagian terpenting yang dibutuhkan dalam

mengoperasikan motor BLDC untuk menghubungkan rangkaian daya dengan

mikrokontroller. Selain itu, driver digunakan untuk mengamankan rangkaian

kontrol agar mikokontroller dan rangkaian daya tidak mengalami hubungan secara

langsung. Pada rangkaian driver ini terdapat optocoupler dengan jenis TLP 250

berjumlah enam buah dan sebuah buffer berupa IC 74HC541N karena memiliki

kapasitas keluaran drive yang besar. IC buffer dibutuhkan untuk mengunci

tegangan yang keluar dari mikrokontroler dsPIC30F4012 agar tidak mengalami

penurunan tegangan. Sehingga pensaklaran pada MOSFET inverter tidak

mengalami gangguan. Rangkaian optocoupler digunakan untuk menguatkan

sinyal PWM yang telah dibangkitkan oleh mikrokontroller. TLP 250 berguna

untuk menaikkan tegangan dari 5 Volt menjadi 10-15 VDC. Tegangan tersebut

diperlukan agar dapat mengoperasikan saklar statis MOSFET pada rangkaian

inverter. Rangkaian driver optocoupler jenis TLP250 dapat dilihat pada

Gambar-3.3.

Gambar-3.3 Rangkaian optocoupler jenis TLP250

Keterangan pada konfigurasi pin :

a. Pin 2 untuk input sinyal PWM dari mikrokontroller

Page 5: BAB III PERANCANGAN KENDALI SUDUT PENYALAAN PADA …repository.unika.ac.id/21089/4/15.F1.0016 LIDYA GITA RONAULY (4.4… · menggunakan magnet permanen. Hal i. ni . me. nunjukkan.

27

b. Pin 3 untuk ground mikrokontroller

c. Pin 5 untuk ground dari catu daya TLP250

d. Pin 6 dan 7 sebagai output dari sinyal PWM

e. Pin 6 sebagai input catu daya

Pada pin 1 dan 4 menunjukkan bahwa secara internal tidak terhubung

kemana pun sehingga diberi label N.C. Pada pin 8 terdapat Vcc yang merupakan

sumber positif tegangan, sedangkan pin 5 merupakan ground.

3.4. Catu Daya Isolated B1212s dan B1205s

Untuk menjalankan sistem kontrol, driver inverter tiga fasa memerlukan

suplai tegangan sebesar 12 VDC. Sedangkan mikrokontroler membutuhkan suplai

tegangan berupa sumber DC sebesar 5V. Oleh karena itu, catu daya isolated

B1212s dan B1205s diperlukan. Bentuk fisik catu daya yang digunakan

ditampilkan pada Gambar-3.4.

Gambar-3.4 Catu daya Isolated B1212s/B1205s

[https://www.relec.co.uk/wp-content/uploads/2018/01/B_S-1WR2-3.jpg]

Sesuai dengan penamaan komponen tersebut B1212s dapat menghasilkan

sumber tegangan 12VDC dan B1205s menghasilkan tegangan sebesar 5VDC.

DC-DC isolated B1212s dan B1205s menyalurkan tegangan dari input 12VDC

Page 6: BAB III PERANCANGAN KENDALI SUDUT PENYALAAN PADA …repository.unika.ac.id/21089/4/15.F1.0016 LIDYA GITA RONAULY (4.4… · menggunakan magnet permanen. Hal i. ni . me. nunjukkan.

28

menjadi output yang berbeda yaitu 12VDC dan 5VDC. DC isolated B1212s dan

B1205s dipasang menjadi satu rangkaian tetapi terisolasi antara satu dengan yang

lainnya. Spesifikasi pada masing-masing DC-DC isolated ditampilkan pada

Tabel-3.2.

Table-3.2 Spesifikasi DC-DC Isolated B1212s & B1205s

Tipe

Input Output

Voltage (VDC) Voltage

(VDC)

Current (mA)

Nominal Range Max min

B1205s

12 10.8-13.2 5 400 40

B1212s 12 167 17

3.5. Rangkaian Sensor Arus tipe LEM HX 10-P

Untuk mendapatkan hasil gelombang arus yang dihasilkan dari operasi

motor BLDC diperlukan sensor arus. Sensor arus merupakan perangkat yang

berfungsi untuk mendeteksi arus. Data yang telah didapatkan digunakan untuk

mengetahui posisi arus sehingga topik kendali motor BLDC tanpa sensor dapat

dikembangkan. Cara kerja sensor arus ini yaitu dengan mengkonversi pembacaan

data arus sehingga berbentuk gelombang tegangan. Adapun perbandingan arus

dan tegangan yang dihasilkan dapat diatur sesuai dengan yang diharapkan.

Jenis sensor arus yang digunakan pada penelitian ini adalah sensor arus

LEM HX 10-P. Bentuk fisik sensor arus LEM HX 10-P dapat dilihat pada

Gambar-3.5. Didalam rangkaian sensor arus terdapat banyak penguat, karena

keluaran dari sensor arus perlu untuk diperkuat agar hasil gelombang menjadi

lebih jelas. Rangkaian sensor arus tersebut dapat dilihat pada Gambar-3.6.

Page 7: BAB III PERANCANGAN KENDALI SUDUT PENYALAAN PADA …repository.unika.ac.id/21089/4/15.F1.0016 LIDYA GITA RONAULY (4.4… · menggunakan magnet permanen. Hal i. ni . me. nunjukkan.

29

Gambar-3.5 Sensor arus HX 10-P

[https://media.rs-online.com/t_large/F4358640-01.jpg]

HX

10-P

+

-

+12 V

-12 V +

-

+

-

-12 V

-12 V

+

-

Gambar-3.6 Skema rangkaian sensor arus LEM HX 10-P

3.6. Deteksi EMF Balik

Gaya gerak balik atau sering disebut dengan EMF balik merupakan

tegangan yang muncul dalam arah yang berlawanan dengan aliran arus. Tegangan

pada EMF balik dihasilkan oleh motor BLDC, pada umumnya tegangan ini dapat

diukur pada masing-masing fasa yaitu pada tegangan fasa A dan netral, tegangan

fasa B dan netral, serta tegangan fasa C dan netral. Namun, pada jenis motor yang

digunakan tidak terdapat titik netral yang tersedia pada kabel motor. Oleh sebab

itu, motor BLDC memerlukan titik netral virtual sebagai penggantinya. Titik

Page 8: BAB III PERANCANGAN KENDALI SUDUT PENYALAAN PADA …repository.unika.ac.id/21089/4/15.F1.0016 LIDYA GITA RONAULY (4.4… · menggunakan magnet permanen. Hal i. ni . me. nunjukkan.

30

netral virtual didapat dengan cara merangkai enam buah resistor seperti yang

ditunjukkan pada Gambar-3.7. Tiga baris resistor tersebut dapat mewakilkan

tegangan fasa A, B, dan C. Pada rangkaian EMF balik, rangkaian resistor tersebut

sejajar berada di bagian bawah, merupakan EMF balik detector sedangkan tiga

resistor lainnya yang berada di bagian atas merupakan pembagi tegangan yang

berguna untuk mengamankan modul atau rangkaian dari amplituda EMF balik

yang tinggi.

Gambar-3.7. Rangkaian deteksi EMF balik yang tersambung pada motor BLDC

3.7. Blok Kendali

Rangkaian blok kendali yang digunakan berbasis digital, dengan

menggunakan mikrokontroler Digital Signal Controller (DSC) tipe

dsPIC30F4012. Sama seperti mikrokontroler jenis lain, DSC memiliki respon

interupsi yang cepat dan menawarkan peripheral baik analog maupun digital yang

berorientasi kontrol seperti PWM (Pulse Width Modulation), pilihan clocking

Page 9: BAB III PERANCANGAN KENDALI SUDUT PENYALAAN PADA …repository.unika.ac.id/21089/4/15.F1.0016 LIDYA GITA RONAULY (4.4… · menggunakan magnet permanen. Hal i. ni . me. nunjukkan.

31

yang fleksibel, memiliki power on reset, dan masih banyak lagi. DSC diprogram

dengan menggunakan bahasa C. Pada jenis mikrokontroler ini, terdiri dari

beberapa bagian penting antara lain Input/Output, memori, Central Processing

Unit (CPU), Analog to Digital Converter (ADC), dan juga timer/counter. Dan

semua bagian itu, telah terintegrasi menjadi satu dalam chip tersebut. Tipe DSC

yang digunakan adalah tipe dsPIC30F4012. Kelebihan dari mikrokontroler jenis

ini terdapat crystal di dalamnya sebagai pembangkit clock. DSC memerlukan

sebuah rangkaian system minimum yang dapat dilihat pada Gambar-3.8 di bawah

ini.

MCLR

AN0/RB0

AN1/RB1

AN2/RB2

AN3/RB3

AN4/RB4

AN5/RB5

OSC1/CLKIN

OSC2/CLKO

RC13

RC14

INT2/RD1 INT1/RD0

RE8

RF3

RF2

VSS

VDD

RE5

RE4

RE3

RE2

RE1

RE0

AVSS

AVDD

Vss

VDD

28

27

26

25

24

23

22

21

20

19

18

17

16

15

5Vdc

Crystal C2 C3

C1

R1 R2

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

dsPIC30F4012

Gambar-3.8. Rangkaian system minimum dsPIC30F4012

Keterangan konfigurasi PIN antara lain:

MCLR (Master Clear) berfungsi untuk reset sinyal digital

mikrokontroller.

VSS adalah suplai positif untuk logic dan pin I/O.

VDD adalah ground untuk logic dan pin I/O.

Page 10: BAB III PERANCANGAN KENDALI SUDUT PENYALAAN PADA …repository.unika.ac.id/21089/4/15.F1.0016 LIDYA GITA RONAULY (4.4… · menggunakan magnet permanen. Hal i. ni . me. nunjukkan.

32

PORT B (RB 0-5) merupakan input atau output ADC (Analog to Digital

Converter).

PORT C (RC 13-14) merupakan pin I/O.

PORT D (RD 0-1) merupakan pin I/O.

PORT E (RE 0-5) merupakan pin I/O.

PORT F (RF 2-3) merupakan pin I/O.

AVSS adalah ground untuk modul analog / ADC

AVDD adalah suplai positif untuk modul analog / ADC

OSC1 - OSC2 / CLKIN – CLKO merupakan input external clock dan

selalu terhubung dengan pin oscillator cystal.

AN0-AN5 merupakan input ADC sesuai pada channel yang digunakan.

DSC tipe dsPIC30F4012 memiliki 28 pin, di mana setiap pin memiliki

fungsi yang berbeda. Adapun Master Clear (MCLR) memiliki fungsi untuk

mereset sinyal pada controller. Vss adalah sumber positif dan terdapat beberapa

port di dalam mikrokontroler ini yaitu port B (RB0), port C (RC), port D (RD) ,

port E (RE), dan port F(RF) yang berfungsi sebagai pin Input/Output.

Mikrokontroler dsPIC30F4012 merupakan buatan dari perusahaan

Microchip Technology yang memiliki lebar data 16-bit dan dilengkapi dengan

pengaturan 30 MIPS instruksi. Mikrokontroler jenis ini dijadikan basis kendali

motor BLDC pada Tugas Akhir ini karena kecepatan pengolahan datanya yang

tinggi

Adapun dalam mengoperasikan motor BLDC diperlukan konverter

sebagai kendali arus yang masuk. Konverter yang digunakan yaitu inverter tiga

Page 11: BAB III PERANCANGAN KENDALI SUDUT PENYALAAN PADA …repository.unika.ac.id/21089/4/15.F1.0016 LIDYA GITA RONAULY (4.4… · menggunakan magnet permanen. Hal i. ni . me. nunjukkan.

33

fasa. Inverter tiga fasa terdiri dari tiga lengan yang terdiri dari enam buah saklar

statis MOSFET dengan seri IRFP250 karena kemampuan MOSFET ini menerima

tegangan sampai dengan sebesar 200V dan arus sebesar 33A. Pada masing-

masing lengan terhubung dengan masing-masing fasa pada stator motor BLDC.

Proses pensaklaran MOSFET dikendalikan oleh rangkaian driver optocoupler

TLP 250. Rangkaian driver tersebut dikendalikan oleh mikrokontroler yang

mendapatkan sinyal referensi yang berasal dari EMF balik motor BLDC.

Ea

Eb

Ec

R

R

R

L-BLDC

L-BLDC

L-BLDC

S2

S1

S4

S3

S6

S5

DC SOURCE

Inverter

BLDC Stator

BEMF Detector

Phasa A

Phasa B

Phasa C

Titi

k N

etr

al V

irtu

al

Low Pass Filter

Zero Crossing Detector

dsPIC30F4012 &

driver MOSFET TLP 250

S1 S3 S5S2 S4 S6

Gambar-3.9 Rangkaian Gabungan Blok Kendali, Konverter, dan Motor BLDC

Pada rangkaian blok kendali, driver, konverter, dan ekuivalen motor

BLDC tiga fasa ditampilkan pada Gambar-3.9, enam buah MOSFET pada

inverter tiga fasa dapat dikendalikan tanpa harus menggunakan sensor namun

diperlukan sinyal referensi yang didapat dari EMF balik salah satu stator fasa.

Pada keluaran sinyal EMF balik, sinyal yang tegangannya bernilai di atas 5 VDC

Page 12: BAB III PERANCANGAN KENDALI SUDUT PENYALAAN PADA …repository.unika.ac.id/21089/4/15.F1.0016 LIDYA GITA RONAULY (4.4… · menggunakan magnet permanen. Hal i. ni . me. nunjukkan.

34

diubah menjadi sinyal positif. Sedangkan, sinyal yang nilai tegangannya bernilai

kurang dari 0 Volt diubah menjadi sinyal negatif. Dalam satu perioda sinyal EMF

balik yang masih berbentuk trapezoidal sama dengan sinyal digital yang telah

diolah pada rangkaian ZCD dan menggambarkan 360 derajat elektrik. Hasil

perubahan keluaran EMF balik yang berbentuk sinyal trapezoidal menjadi sinyal

digital dapat dilihat pada Gambar-3.10.

0 360180 270906030 120 150 210 240 300 330-30

KELUARAN SINYAL EMF BALIK

0

Keluaran Zero Crossing Detector

Derajat Elektrik

Gambar-3.10 Sinyal EMF balik yang masih berbentuk trapezoidal menjadi sinyal digital oleh

ZCD

Berubahnya kecepatan pada motor BLDC, perioda nilai derajat elektrik

pada EMF balik juga akan berubah pada masing-masing saklarnya. Proses

pembacaan data dari EMF balik terhadap masing-masing saklar idealnya seperti

pada Gambar-3.11.

0 360180 270906030 120 150 210 240 300 330-30

DETEKSI EMF BALIK

FASA A

INTTERUPT

0

Derajat Elektrik

SUDUT PENYALAAN KOMUTASI

0

0

Gambar-3.11 Proses pembacaan sinyal dari EMF balik sampai pada sudut komutasi

Page 13: BAB III PERANCANGAN KENDALI SUDUT PENYALAAN PADA …repository.unika.ac.id/21089/4/15.F1.0016 LIDYA GITA RONAULY (4.4… · menggunakan magnet permanen. Hal i. ni . me. nunjukkan.

35

Sinyal EMF balik yang terdapat pada contoh Gambar-3.12 diolah oleh

mikokontroller dengan sudut normal 30 -150 dan 210 -330 . Apabila referensi

dari EMF balik sesuai, maka akan didapat penyalaan sudut komutasi yang tepat.

Tetapi, apabila referensi EMF balik tidak sesuai maka akan didapat penyalaan

sudut yang tidak optimal sehingga performance motor BLDC berkurang.

Deskripsi referensi EMF balik yang tidak tepat dapat dilihat pada

Gambar-3.12. Pada gambar yang ditampilkan di bawah, sinyal berwarna biru

adalah sinyal ideal yang seharusnya terjadi pada keluaran EMF balik. Sedangkan

sinyal yang berwarna merah adalah sinyal penggambaran apabila EMF balik

mengalami pergeseran sinyal.

0 360180 270906030 120 150 210 240 300 330-30

DETEKSI EMF BALIK

FASA A

INTTERUPT

0

Derajat Elektrik

SUDUT PENYALAAN KOMUTASI

0

0

Gambar-3.12 Deskrispsi referensi EMF balik yang tidak tepat

Page 14: BAB III PERANCANGAN KENDALI SUDUT PENYALAAN PADA …repository.unika.ac.id/21089/4/15.F1.0016 LIDYA GITA RONAULY (4.4… · menggunakan magnet permanen. Hal i. ni . me. nunjukkan.

36

EMF balik dari fasa stator

LOW PASS FILTER

Zero Crossing Detector (ZCD)

Fasilitas input capture merubah sinyal digital dari keluaran ZCD

menjadi nilai integer pada dsPIC30F4012

Pembacaan sinyal pada waktu saat ini disebut X0Pembacaan sinyal pada waktu sebelumnya disebut X1

Inisialisasi DSC Clock disebut TMR2 Nilai integer disebut PR

X0<TMR Value

Carrier Signal= TMR - X0

Carrier Signal= TMR+PR-X0

Selesai

TMR<X0<2*TMR

Gambar-3.13 Flow Chart sistem kendali motor BLDC

Proses keluaran EMF balik sampai pada penentuan sudut komutasi yang

tepat dapat dilihat pada flow chart di atas. Keluaran EMF balik didapat dari lilitan

stator yang berada pada kondisi floating. Kondisi ini didapatkan pada saat motor

berputar tetapi salah satu fasa stator tidak terkonduksi. Langkah berikutnya adalah

keluaran EMF balik harus diolah terlebih dahulu oleh rangkaian Low Pass Filter,

Page 15: BAB III PERANCANGAN KENDALI SUDUT PENYALAAN PADA …repository.unika.ac.id/21089/4/15.F1.0016 LIDYA GITA RONAULY (4.4… · menggunakan magnet permanen. Hal i. ni . me. nunjukkan.

37

karena keluaran EMF balik mengandung spike. Frekuensi tinggi/spike dapat

mengganggu sinyal EMF balik, sehingga spike perlu dihilangkan. Saat ini cara

yang dapat digunakkan adalah menggunakan rangkaian LPF. Pada rangkaian

inilah pergeseran fasa tersebut terjadi. Lalu langkah selanjutnya adalah, sinyal

keluaran yang telah mengalami pergeseran akibat dari penggunaan rangkaian

tersebut diproses dan dioleh oleh rangkaian Zero Crossing Detector, sehingga

bentuk sinyal diubah menjadi sinyal digital. Sinyal tersebut memiliki perioda yang

sama dengan EMF balik yang menggambarkan 360 derajat elektrik. Kemudian

sinyal digital itu masuk menuju rangkaian dsPIC30F4012 untuk diproses di dalam

mikrokontroler dengan menggunakan fasilitas input capture. Proses inilah yang

mengubah sinyal digital menjadi berbentuk nilai integer. Nilai integer diolah oleh

mikrokontroler dengan dua persamaan di bawah ini.

360int

ZCDtON on

po

(3-1)

360int

ZCDtOFF

off

po

(3-2)

Adapun nilai ONpoint merupakan nilai awal saat motor melakukan komutasi

sedangkan nilai OFFpoint adalah nilai akhir saat motor berhenti melakukan

komutasi. Variabel ZCD merupakan nilai integer yang didapat melalui proses

input capture dari keluaran EMF balik yang telah diolah pada beberapa modul

rangkaian. Sebelum fasilitas input capture melakukan proses olah data dengan

menggunakan persamaan yang ada di atas, terdapat dua jenis pembagian kondisi

kecepatan motor yang dapat dijabarkan menjadi dua algoritma. Algoritma dan

proses kerja input capture dapat dilihat pada Gambar-3.14.

Page 16: BAB III PERANCANGAN KENDALI SUDUT PENYALAAN PADA …repository.unika.ac.id/21089/4/15.F1.0016 LIDYA GITA RONAULY (4.4… · menggunakan magnet permanen. Hal i. ni . me. nunjukkan.

38

2X TIMER VALUE

0ᵒ 720ᵒ 360ᵒ

TMR<X0<2.TMR(low speed)

X0<TMR(high speed)

INPUT CAPTURE INTERRUPT

180ᵒ 540ᵒ

Proses Input Capture

Derajat Elektrik

Gambar-3.14 Proses kerja Input Capture terhadap kecepatan motor BLDC

Pada gambar yang ditampilkan di atas, input capture memproses

perhitungan dengan mengetahui kondisi kecepatan motor. Terdapat dua kecepatan

motor yaitu kecepatan tinggi dengan frekuensi tinggi dan kecepatan rendah

dengan frekuensi yang rendah pula. Proses input capture memerlukan beberapa

variable seperti, X0 direpresentasikan sebagai sinyal masukan awal dan TMR

direpresentasikan sebagai nilai timer dalam mikrokontroller. Inisialisai input

capture ini dilakukan untuk mengaktifkan clock yang diberi nama TMR. Kondisi

pertama yaitu pada saat nilai sinyal masukan awal lebih sempit daripada nilai

timer pada mikrokontroler (X0<TMR). Hal ini merepresentasikan bahwa motor

mengalami kecepatan tinggi. Sedangkan pada kondisi kedua yaitu saat nilai

Page 17: BAB III PERANCANGAN KENDALI SUDUT PENYALAAN PADA …repository.unika.ac.id/21089/4/15.F1.0016 LIDYA GITA RONAULY (4.4… · menggunakan magnet permanen. Hal i. ni . me. nunjukkan.

39

masukan lebih lebar daripada nilai timer, tetapi tidak melebihi dua kali nilai timer

(TMR<X0<2*TMR). Hal ini juga mereprsentasikan bahwa motor melakukan

kecepatan yang rendah, tetapi tidak terlalu rendah. Selanjutnya, proses

perhitungan angka dilakukan oleh mikrokontroler sehingga didapatkan sudut

penyalaan dengan memberikan enam sinyal berbeda untuk menyalakan MOSFET.

Pada pengujian kendali motor ini, dilakukan dengan menggunakan beberapa

range sudut eksitasi yang bervariasi untuk mengembalikan kondisi sinyal yang

sempat mengalami pergeseran saat melalui rangkaian low pass filter. Sehingga

dilakukan komutasi motor dengan percobaan tiga sudut penyalaan yang berbeda,

yaitu sudut 0 -120 elektrik, 15 -135 elektrik, dan 30 -150 elektrik. Hasil

keluaran dari pola komutasi ketiga sudut eksitasi yang berbeda tersebut dibahas

pada BAB IV berikut ini.